Flüssigchromatographie

Ionenpaarchromatographie an Umkehrphasen

Wie lipophile Gegenionen geladene Analyte an einer Umkehrphase zurückhalten und wie die Kettenlänge eines Alkylsulfonats die Retention steuert.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Die Ionenpaarchromatographie trennt geladene organische Stoffe an Umkehrphasen, indem ein lipophiles Gegenion (Ionenpaarreagenz) ein neutrales Ionenpaar bildet.
  • Geeignet sind ionisierbare Analyte wie Alkaloide bei einem pH-Wert, bei dem sie sicher geladen sind; apolare Neutralstoffe profitieren nicht.
  • In der Gaschromatographie werden Ionenpaarreagenzien nicht eingesetzt, weil Salze und Ionenpaare nicht flüchtig sind.
  • n-Alkylsulfonate werden an RP-18 adsorbiert, und zwar umso stärker, je länger die Kette ist.
  • Mit wachsender Kettenlänge des Alkylsulfonats steigt die Retention protonierter Amine.

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Worum es geht

Viele Arzneistoffe sind Basen oder Säuren und liegen im Eluenten als Ionen vor. An einer Umkehrphase laufen solche Ionen fast ungehindert durch. Die Ionenpaarchromatographie macht sie durch ein passendes Gegenion trennbar, etwa Alkaloide wie Atropin oder basische Amine.

Prinzip und Einsatzbereich

Protonierte Amine sind sehr polar. Auf einer RP-18-Phase werden sie deshalb kaum retardiert, wie in der Einheit zur Retention an Normal- und Umkehrphase gezeigt. Hier setzt die Ionenpaarchromatographie an. Man gibt dem Eluenten ein Ionenpaarreagenz zu.

📖 Definition: Ionenpaarreagenz

Ein Ion mit entgegengesetzter Ladung zum Analyten und einem langen lipophilen Rest, etwa Natriumoctansulfonat. Es bildet mit dem Analyt-Ion ein nach außen neutrales, lipophiles Ionenpaar.

Für ein protoniertes Amin und Octansulfonat gilt:

\[\ce{R-NH3+ + C8H17SO3- <=> [R-NH3+ \cdot C8H17SO3-]}\]

Das Ionenpaar verhält sich wie ein unpolares Molekül. Es lagert sich an die Octadecylketten an und wird so zurückgehalten.

Schema einer RP-18-Oberfläche mit Alkylketten; ein positiv geladenes Amin und ein negativ geladenes Sulfonat mit langer Kette bilden ein Paar, das an den Ketten haftet.

Ionenpaarbildung zwischen protoniertem Amin und Alkylsulfonat an einer RP-18-Phase

Das Verfahren eignet sich daher bevorzugt für geladene oder ionisierbare organische Stoffe. Entscheidend ist der pH-Wert: Der Analyt muss sicher geladen vorliegen. Alkaloide und andere Basen trennt man im sauren Eluenten mit Alkylsulfonaten. Apolare Neutralstoffe haben dagegen keine Ladung, an die ein Gegenion binden könnte. Sie trennt man ohne Zusatz an der normalen Umkehrphase.

Die Methode gehört zur Flüssigchromatographie. In der Gaschromatographie setzt man Ionenpaarreagenzien nicht zur Modifikation der stationären Phase ein, denn Salze und Ionenpaare sind nicht flüchtig.

Alkylsulfonate als Reagenzien

Für basische Analyte nimmt man meist n-Alkylsulfonate von Pentan- bis Dodecylsulfonat. Ihre Alkylkette tritt hydrophob mit den C18-Ketten in Wechselwirkung. Deshalb werden Alkylsulfonate selbst an RP-18 adsorbiert. Die Sulfonatgruppen ragen in den Eluenten. Die Oberfläche wirkt dann wie ein dynamisch beladener Kationenaustauscher.

Je länger die Kette, desto stärker die Adsorption. Man kann sich die Kette wie einen Anker vorstellen: Ein langer Anker hält fester im Kettenwald der Phase. Damit sitzen mehr Gegenionen auf der Oberfläche, und das gebildete Ionenpaar ist lipophiler.

Diagramm mit Kettenlänge auf der x-Achse und Retention auf der y-Achse; die Kurve steigt von Pentan- zu Dodecylsulfonat an.

Retention protonierter Amine steigt mit der Kettenlänge des Alkylsulfonats

Die Folge zeigt das Diagramm: Die Retentionszeit protonierter Amine steigt mit der Kettenlänge des Alkylsulfonats. Ein Amin, das mit Pentansulfonat zu früh eluiert, bleibt mit Octan- oder Dodecylsulfonat deutlich länger auf der Säule. Die Kettenlänge ist damit ein einfacher Stellhebel für die Retention, neben pH-Wert und Anteil des organischen Lösungsmittels.

Quiz

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Aussage 1

Alkaloide lassen sich im sauren Eluenten mit einem Alkylsulfonat als Ionenpaar an einer Umkehrphase trennen.

Im Sauren sind die basischen Alkaloide protoniert und bilden mit dem Sulfonat-Anion ein lipophiles Ionenpaar.

Aussage 2

Ersetzt man Pentansulfonat durch Dodecylsulfonat, verlängert sich die Retentionszeit eines protonierten Amins an RP-18.

Die längere Kette wird stärker an der RP-18-Phase adsorbiert, dadurch steigt die Retention des Amins.

Aussage 3

Ionenpaarreagenzien verbessern vor allem die Trennung apolarer, ungeladener Verbindungen an RP-18.

Ohne Ladung kann sich kein Ionenpaar bilden. Das Verfahren dient bevorzugt geladenen oder ionisierbaren organischen Stoffen.

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